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制备多孔PI纤维膜及其应用探索
摘要：聚酰亚胺纤维是目前高性能纤维的重要品种之一，具有各种优异性能如：耐高温、耐辐射性、高强度等。随着新型锂电池的快速发展，探寻新型的电池隔膜材料以取代传统聚烯烃隔膜材料成为近几年的研究热点。而多孔聚酰亚胺纤维膜拥有优异的耐高温性能和化学稳定性，并且通过制备多孔结构以提高离子的传输效率。本文介绍了制备多孔聚酰亚胺纤维膜的工艺方法并对其进行电池隔膜领域的应用探索。
关键词：聚酰亚胺；纤维膜；多孔；静电纺丝；电池隔膜
Porous pi fiber membrane prepared and Application to explore
ABSTRACT: Polyacylamine is one of the most important varieties of high-performance fiber, it has all kinds of wonderful properties: heat-resistant, radiation-resistant, high-intensity. With the rapid development of new lithium batteries, it has become a research hotspot in recent years to explore new battery membrane materials to replace traditional polyolefin membrane materials. The porous polyimide fiber membrane has excellent high temperature resistance and chemical stability, and its high porosity is of great help to the rapid migration of lithium ions. This paper introduces the process of preparing porous polyimide fiber membrane and explores its application in the field of battery membrane This paper introduces the process of preparing porous polyimide fiber membrane and explores its application in the field of battery membrane.
Key words：polyimide;Fibrous membrane;porous;porous;electrostatic spinning;Battery diaphragm
- 研究背景
随着新能源领域的不断发展，小尺寸、耐高温、安全性能优越的锂离子二次电池的开发与研究受到了很大的关注。电池隔膜在电池中的重要作用是阻隔正负极间电子流通，避免电池短路，同时，给锂离子提供快速迁移通道[15]。传统的锂离子电池隔膜主要是聚烯烃微孔隔膜，这种隔膜由于较低的孔隙率、持液率、电解液浸润性以及其较低的熔融温度[18]，使其无法满足高性能安全锂离子电池的使用。因此，研究开发具有高孔隙率持液率、离子电导率、高温稳定性优异的新型锂离子电池隔膜成为近几年电池领域和新能源领域的研究热点。
- 静电纺丝技术的研究概况
静电纺制备聚合物纳米纤维具有设备简单、操作容易等特点，是目前为止 制备聚合物连续纳米纤维最重要的方法之一。静电纺丝过程中的带电聚合物，在电场力、表面张力和黏弹力的共同作用下，会发生形变，由圆形变为椭圆形，进而变为锥形。当电场力增大到一定程度时，聚合物就会在锥尖被加速，从而形成射流。Taylorzai[19]于1964年对这个锥形进行了深入的研究。他指出，当电场力的强度增加时，液滴变得越来越扁长，当超过临界电压时，液滴形状将不再稳定，先伸长，然后就趋于锥形。Taylor计算了一个无限流体形成的锥的半角角度alpha;=49.3°，这就是泰勒锥。S.V.Fridrikh[20]等提出了一个简单的公式，以分析静电纺丝过程中决定射流直径的力，其为射流表面张力、流动速率和电压的函数。公式预测了射流直径极限的存在。不同的电纺丝纤维的实验数据证明了这一公式的正确性。H.Fong、I.Chun和D.H.Reneker[21]提出，使用静电纺丝技术纺出的纤维经常出现规则排列的珠丝。同时指出，射流粘液的粘弹性、电荷分布以及溶液的表面张力是影响珠丝形成的关键因素。 J.M.Detizel[22]等在工艺参数对纤维尺寸的影响的研究中发现，纺丝电压和溶液浓度是最重要的工艺参数。纺丝电压与纤维成形过程中珠串缺陷有紧密的联系；而溶液的浓度则强烈影响着纤维的尺寸。另外他们还指出，静电场的作用可能会影响静电纺丝形成的纤维织物的宏观尺寸形态。杨恩龙等在《静电纺丝技术及其研究进展》一文中指出，静电纺丝中会出现3种不稳定状况，即粘性不稳定性、曲张不稳定性和弯曲不稳定性。后两种不稳定性完全是因为射流的表面电荷经电场的作用引起的，而且会随着纺丝射流的伸展而放大。他们还指出，高压静电场下高聚物溶液喷射流不稳定的主要原因是：①表面电荷的相互排斥；②分裂液滴间或更细射流间的相互排斥；③射流与环境流体的混合流动。H.Fong[23]等对静电纺丝过程中带有珠节的纳米纤维进行了研究，并得出溶液的黏弹力、射流所带电荷的密度以及溶液的表面张力是产生珠节的关键因素。
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